Гидротолкатель (гидрокомпенсатор). Устройство и принцип действия
Общее устройство гидрокомпенсатора
Еще совсем недавно мэтрами автомобильного мира считались механики, техники, автослесари и домашние «самородки», умеющие правильно отрегулировать зазор в клапанах двигателя, и знающие наизусть величины этих зазоров для разных марок автомобильных двигателей.
Но в последнее время у этих «авторитетов» от техники кусок хлеба все чаще отнимают устройства, способные автоматически, в следящем режиме следить за состоянием зазоров между деталями ГРМ, и своевременно устранять выявленные недостатки в этом плане.
К таковым относятся, в первую очередь, гидравлические устройства, использующие в своей работе давление моторного масла принудительной системы смазки двигателя. Их называют гидравлическими толкателями, гидротолкателями или гидрокомпенсаторами.
Впрочем, название не меняет сути, тем более, что конструктивных решений для этих устройств в последние годы разработано немало.
Итак – представляем на суд автомобилистов злостного конкурента механиков и техников автомобильного мира – гидрокомпенсатор («девичье имя» – гидравлический толкатель клапанов).
Существует несколько технических решений конструкции гидравлических толкателей (гидрокомпенсаторов, гидротолкателей), которые принципиально почти не отличаются.
Гидротолкатель (гидрокомпенсатор) представляет собой корпус, внутри которого установлена подвижная плунжерная пара с шариковым клапаном. Корпус подвижен относительно направляющего седла, сделанного в головке блока цилиндров.
Если гидрокомпенсатор вмонтирован в рычаги привода клапанов (в рокеры или коромысла), его подвижной частью является только плунжер, выступающая часть которого выполнена в виде шаровой опоры или опорного башмака.
Основная часть гидрокомпенсатора — плунжерная пара. Зазор между втулкой и плунжером составляет всего 5…8 мкм, что обеспечивает высокую герметичность соединения, при этом подвижность деталей сохраняется. В нижней части плунжера сделано отверстие для поступления масла, которое закрывается подпружиненным обратным шариковым клапаном. Между втулкой и плунжером установлена достаточно жесткая возвратная пружина.
Принцип действия гидравлического толкателя (гидрокомпенсатора)
Принцип действия гидрокомпенсатора заключается в автоматическом изменении его длины на величину, равную зазору в газораспределительном механизме. Для функционирования компенсатор использует масло принудительной системы смазки двигателя, которое циркулирует по масляным магистралям под давлением.
По специальному каналу смазочное масло может поступать в корпус толкателя, когда тот, под действием пружины, находится в верхнем положении (кулачок распредвала не давит на него, рис. а), и заполнять его объем. Под давлением кулачка распределительного вала толкатель начинает перемещаться вниз и перекрывает масляный канал, превращаясь в жесткий замкнутый сосуд, наполненный маслом.
Рассмотрим подробнее работу гидрокомпенсатора, схематически изображенного на рисунке 2.
Рис. Устройство и работа гидрокомпенсатора: 1 — кулачок распределительного вала; 2 — выточка в теле цилиндрического толкателя для подвода масла к плунжерной паре; 3 — втулка плунжера; 4 — плунжер; 5 — пружина шарикового клапана плунжерного механизма; 6 — клапанная пружина; 7 — цилиндрический толкатель; 8 — шариковый клапан; 9 — отверстие для подвода масла в компенсатор; 10 — масляный канал в головке блока цилиндров; 11 — пружина гидрокомпенсатора; 12 — клапан ГРМ; «h» — зазор между кулачком РВ и толкателем. «А” и “В”- нижняя и верхняя масляная полости.
- а) При запуске холодного двигателя, в момент, когда кулачок распределительного вала расположен тыльной стороной к корпусу толкателя, нагрузка на толкатель отсутствует, и между его корпусом и кулачком распредвала образуется зазор h.
- б) Возвратная пружина выталкивает плунжер до тех пор, пока он не упрется в кулачок вала и зазор h уменьшается практически до нуля. В это время масло из системы смазки двигателя через шариковый клапан и перепускной канал под давлением поступает во внутреннюю полость плунжера и заполняет ее.
Небольшой диаметр плунжера не позволяет давлению масла развить усилие, способное открыть клапан, поэтому масло лишь плотно прижимает плунжер толкателя к кулачку. - в) По мере того, как вал поворачивается, кулачок распределительного вала начинает давить на корпус толкателя и перемещает его вниз, перекрывая масляные каналы системы смазки двигателя и перепускной канал.
Шариковый клапан при этом закрывается, и давление масла под плунжером увеличивается. Так как жидкость практически несжимаема, плунжерная пара начинает работать как жесткая деталь, передавая усилие кулачка распредвала на стержень клапана.
Некоторое количество масла продавливается обратно через технологический зазор между плунжером и втулкой, поэтому толкатель опускается («проседает») на 10…50 мкм. Величина «просадки» зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. При увеличении оборотов, за счет уменьшения времени нажатия на корпус гидротолкателя (гидрокомпенсатора), снижаются утечки масла из-под плунжера, и гидротолкатель работает без «проседания».
Образование зазора при сходе кулачка с толкателя исключается благодаря действию возвратной пружины плунжера и давлению масла в системе смазки двигателя. Таким образом, гидрокомпенсатор является своеобразной следящей системой, обеспечивающей отсутствие зазоров за счет поддержания постоянной жесткой связи между элементами и деталями ГРМ. Из-за нагревания двигателя длина деталей самого гидрокомпенсатора тоже несколько меняется, но он автоматически компенсирует и эти изменения.
Достоинства и недостатки гидрокомпенсаторов
Применение гидрокомпенсаторов позволяет избежать регулировки зазоров клапанного механизма и сделать его работу более «мягкой»; уменьшить ударные нагрузки, то есть снизить износ деталей ГРМ и исключить повышенную шумность двигателя; более точно соблюдать длительность фаз газораспределения, что положительно сказывается на надежности и долговечности двигателя, его мощности и расходе топлива.
Тем не менее, при всех своих достоинствах и преимуществах, гидрокомпенсаторы обладают и недостатками, а двигатели, оборудованные ими, некоторыми особенностями эксплуатации, которые следует знать и учитывать.
Так, один из существенных конструкционных недостатков простых гидрокомпенсаторов — запоздалое функционирование в первые секунды пуска холодного двигателя, когда давление масла в системе смазки отсутствует или оно минимально. Это приводит к повышенным динамическим нагрузкам в ГРМ при запуске холодного двигателя.
Кроме того, очевидно, что гидравлические толкатели сложнее и дороже в изготовлении, чем детали классической системы газораспределения с чисто механическим приводом.
Основные причины поломок гидрокомпенсаторов
Основные причины выхода из строя гидрокомпенсаторов — загрязнение масляных каналов двигателя и износ рабочих поверхностей обратного клапана и плунжерной пары, изготовленных с высокой степенью точности. К загрязнению приводит использование несоответствующего масла, несоблюдение сроков его замены или неисправность масляного фильтра, пропускающего грязное масло через перепускной клапан.
При увеличении посадочного зазора в плунжерной паре повышается утечка масла из камеры высокого давления. Гидрокомпенсатор теряет «жесткость», поэтому эффективность передачи усилия кулачка на стержень клапана ГРМ снижается. То же самое происходит при износе обратного клапана камеры высокого давления. Неисправности системы смазки двигателя замедляют наполнение гидрокомпенсатора маслом и не позволяют поглощать зазоры в ГРМ. При выходе из строя одного или нескольких гидрокомпенсаторов в двигателе появляется характерный «клапанный» стук.
Необходимо знать, что долговечную работу гидрокомпенсаторов обуславливает применение в двигателе маловязких масел высокого качества — синтетических или полусинтетических (SAE 0W40, 5W40, 10W30 и др.). Использовать минеральные масла (например, SAE 15W40) из-за их повышенной вязкости и склонности к смолистым отложениям не рекомендуется.
